JP7012091B2 - Optical scanning system - Google Patents
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Description
本発明は、光学式走査システムに関する。 The present invention relates to an optical scanning system.
現在の走査システム、特に2軸回転式3Dレーザスキャナ、送受信ユニットの光軸が所定の間隔をおいて互いに平行に延在するいわゆる「マクロスキャナ」は、ある程度のサイズを有している。このことは、ミラー又はミラーシステムが回転するマクロスキャナ、並びに送信ユニット及び受信ユニットが互いに平行にロータに配置されるマクロスキャナの両方に当てはまる。 Current scanning systems, especially 2-axis rotary 3D laser scanners, so-called "macro scanners" in which the optical axes of transmission and reception units extend parallel to each other at predetermined intervals have a certain size. This applies to both macro scanners with rotating mirrors or mirror systems, as well as macro scanners with transmit and receive units placed in the rotor parallel to each other.
しかしながら、例えば、自動車のヘッドライトのような特定の環境に組み込むためには、高さが低く、ロータ直径が小さい特に平坦な構成が有利である。マクロスキャナのサイズを減じる1つのアプローチは、部分的に同じレンズを介して送信及び受信ビーム経路をガイドすることである。これにより、送受信ユニットの光軸がセンサ外部で同一になるので、このようなスキャナは、「同軸的」と呼ぶこともできる。 However, a particularly flat configuration with a low height and a small rotor diameter is advantageous for incorporation into certain environments, such as automotive headlights. One approach to reducing the size of the macro scanner is to guide the transmit and receive beam paths partially through the same lens. As a result, the optical axis of the transmission / reception unit becomes the same outside the sensor, so such a scanner can also be referred to as "coaxial".
米国特許第8836922号明細書により、同軸的なマクロスキャナが知られており、このマクロスキャナでは、受信レンズが同時に送信経路用のコリメートレンズとしても使用される。送信ビームを最大レンズ直径まで拡大し、同時にコリメートすることができないことは、この明細書に開示されたアプローチの欠点であるが、しかしながら、このことは、眼の安全性を確保しながら、送信出力を増大させ、したがって到達範囲を増大させるためには有利である。さらに、この場合に受信器の直径はロータの直径よりも小さい。 Coaxial macroscanners are known by U.S. Pat. No. 8,836,922, in which the receiving lens is also used as a collimating lens for the transmission path at the same time. The inability to extend the transmit beam to the maximum lens diameter and collimate at the same time is a drawback of the approach disclosed herein, however, this ensures the transmit power while ensuring eye safety. It is advantageous to increase the range and therefore the reach. Further, in this case, the diameter of the receiver is smaller than the diameter of the rotor.
ドイツ連邦共和国特許第102012102244号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第102013215627号明細書は、さらなる光学式走査システムを開示している。 Federal Republic of Germany Patent No. 102012102244 and Federal Republic of Germany Patent Application Publication No. 10201321567 disclose additional optical scanning systems.
本発明による光学式走査システムは、走査プロセス中に回転軸線を中心として回転するように構成されたロータと、レンズが回転軸線上に位置するようにロータに配置された光学レンズと、ロータに配置されており、レンズの光軸の方向に走査ビームを放出するように構成された光送信ユニットと、ロータに配置されており、反射された走査ビームを受信するように構成された検出器を含む光受信ユニットであって、検出器が、反射された走査ビームがレンズによって検出器に集束されるように配置されている光受信ユニットとを含む。 The optical scanning system according to the present invention includes a rotor configured to rotate about a rotation axis during the scanning process, an optical lens arranged in the rotor so that the lens is located on the rotation axis, and an optical lens arranged in the rotor. Includes an optical transmitter unit configured to emit a scanning beam in the direction of the optical axis of the lens and a detector located in the rotor configured to receive the reflected scanning beam. An optical receiving unit, wherein the detector is arranged such that the reflected scanning beam is focused on the detector by a lens.
光送信ユニット及び光受信ユニットの両方がロータに配置されている。これは、光送信ユニットとロータとの間、及び光受信ユニットとロータとの間に機械的結合が存在し、ロータの回転時には、光送信ユニット及び光受信ユニットの両方が回転軸線を中心として移動されることを意味する。光学レンズも同様にロータに配置されているので、光学レンズはロータと共に回転軸線を中心として回転する。ロータは、好ましくは円形ディスクである。光学レンズ、光学送信ユニット、及び光学受信ユニットは、好ましくは、ロータの共通の側に配置されている。 Both the optical transmitting unit and the optical receiving unit are arranged in the rotor. This is because there is a mechanical coupling between the optical transmitter unit and the rotor, and between the optical receiver unit and the rotor, and when the rotor rotates, both the optical transmitter unit and the optical receiver unit move around the rotation axis. Means to be done. Since the optical lens is also arranged on the rotor, the optical lens rotates with the rotor about the rotation axis. The rotor is preferably a circular disc. The optical lens, optical transmitter unit, and optical receiver unit are preferably located on the common side of the rotor.
レンズの開口は、光学式走査システムの感度に実質的に影響を及ぼす。したがって、レンズをできるだけ大きく構成した場合には有利である。本発明の構成では、光学レンズはロータと共に回転する。したがって、光学式走査システムの特に大きい構成素子であるレンズは、回転のために最小限の空間しか必要としない。これにより、光学式走査システムの特に小型の構成が可能になる。したがって、光学式走査システムは、特に高さ及び直径を小型に構成することができる。さらに、本発明による光学式走査システムによって、ロータの直径に直接に依存する最大の受光開口が可能になる。したがって、光学式走査システムの寸法が小さく、特に大きい到達範囲を有する光学式走査システムを作製することができる。ロータは、ロータに配置されたユニットと共に回転軸線を中心として回転するので、例えば、水平な走査平面で、360°にわたる測定が可能である。 The aperture of the lens substantially affects the sensitivity of the optical scanning system. Therefore, it is advantageous when the lens is configured as large as possible. In the configuration of the present invention, the optical lens rotates with the rotor. Therefore, a lens, which is a particularly large component of an optical scanning system, requires minimal space for rotation. This allows for a particularly small configuration of optical scanning systems. Therefore, the optical scanning system can be configured particularly small in height and diameter. In addition, the optical scanning system according to the invention allows for a maximum light receiving aperture that is directly dependent on the diameter of the rotor. Therefore, it is possible to fabricate an optical scanning system in which the dimensions of the optical scanning system are small and the reach is particularly large. Since the rotor rotates about the rotation axis together with the unit arranged in the rotor, it is possible to measure over 360 ° on a horizontal scanning plane, for example.
そこで、受光開口がロータ直径に対応しており、送信出力を増大させるために送信ビームが拡大されており、同時に眼の安全性を確保した光学式走査システムが提供される。さらに、本発明による光学走査システムは、容易に調整可能であるという利点を有する。したがって、特に大きい光学素子を使用することができ、これにより、公差をより容易に制御することができるか、又は光学式走査システムの品質に対する影響を比較的小さくすることができる。走査システムは同軸的な走査システムなので、ロータに対する公差は取るに足らない。さらに最小の数の光学素子しか使用しないので、光学系は安価に製造できる。特に、レンズが中心に貫通開口部を有しているか、又は表面に取付け基部を有している場合には、送信要素及び受信要素との接着を含む、公差の少ない圧着又は調整にこれらを使用することができる。 Therefore, an optical scanning system is provided in which the light receiving aperture corresponds to the rotor diameter, the transmission beam is expanded in order to increase the transmission output, and at the same time, eye safety is ensured. Further, the optical scanning system according to the present invention has the advantage of being easily adjustable. Thus, particularly large optics can be used, which can more easily control tolerances or have a relatively small impact on the quality of the optical scanning system. Since the scanning system is a coaxial scanning system, the tolerance to the rotor is insignificant. Furthermore, since only the minimum number of optical elements are used, the optical system can be manufactured at low cost. Use these for low tolerance crimping or adjustment, especially if the lens has a through opening in the center or a mounting base on the surface, including adhesion to the transmitting and receiving elements. can do.
従属請求項は、本発明の好ましい構成を示す。 Dependent claims indicate the preferred configuration of the present invention.
好ましくは、光学レンズは、レンズの重心が回転軸線上にあるように配置されている。したがって、レンズは、ロータの回転時にロータの重心を中心として回転するように配置されている。重心は、レンズの質力中心又はレンズの幾何学的中心である。特に好ましくは、重心はレンズの質量中心及び幾何学的中心の両方である。 Preferably, the optical lens is arranged so that the center of gravity of the lens is on the axis of rotation. Therefore, the lens is arranged so as to rotate about the center of gravity of the rotor when the rotor rotates. The center of gravity is the quality center of the lens or the geometric center of the lens. Particularly preferably, the center of gravity is both the mass center and the geometric center of the lens.
好ましくは、包絡面は、回転軸線を中心とした回転時にレンズの外周によって定義され、光送信ユニット及び光受信ユニットは、光送信ユニット及び/又は光受信ユニットの領域が包絡面上又は包絡面内に配置されるようにロータに配置されている。したがって、言い換えれば、回転軸線から最も離間された光学レンズの点が、光受信ユニット及び光送信ユニットの点よりも回転軸線から遠くなるように、光送信ユニット及び光受信ユニットがロータに配置されている場合には有利である。包絡面は、回転軸線を中心とするレンズの回転時に形成される回転体の表面である。これは、特に、この考察が回転軸線に垂直な単一の平面に対してなされる場合に当てはまる。簡単に言えば、このことは、光送信ユニット及び光受信ユニットが、光学レンズの回転に必要な光学レンズの周りの空間に配置されることを意味する。しかしながら、受信ユニット及び送信ユニットはレンズと共に回転するので、衝突することはない。したがって、特に小型の光学式走査システムを作製することができる。 Preferably, the enveloping surface is defined by the outer circumference of the lens during rotation about the axis of rotation, and in the optical transmitting unit and the optical receiving unit, the region of the optical transmitting unit and / or the optical receiving unit is on the enveloping surface or in the enveloping surface. It is placed in the rotor so that it is placed in. Therefore, in other words, the optical transmitter unit and the optical receiver unit are arranged in the rotor so that the point of the optical lens most distant from the axis of rotation is farther from the axis of rotation than the point of the optical receiver unit and the optical transmitter unit. It is advantageous if there is. The envelope surface is the surface of a rotating body formed when the lens rotates about the axis of rotation. This is especially true if this consideration is made for a single plane perpendicular to the axis of rotation. Simply put, this means that the light transmitting unit and the light receiving unit are placed in the space around the optical lens required for the rotation of the optical lens. However, since the receiving unit and the transmitting unit rotate together with the lens, they do not collide. Therefore, a particularly small optical scanning system can be manufactured.
レンズの光軸が回転軸線に垂直である場合も有利である。このようにして、例えば水平面における光学式走査システムのために特に大きい視野が形成される。 It is also advantageous if the optical axis of the lens is perpendicular to the axis of rotation. In this way, a particularly large field of view is formed, for example for an optical scanning system in a horizontal plane.
さらに、光受信ユニットが第1のミラーを含み、第1のミラーが、反射された走査ビームがレンズを通過した後に第1のミラーによって検出器に向けられるように配置されている場合には有利である。したがって、レンズと検出器との間の受信ビーム経路は、第1のミラーによって折り畳まれるので、スペースを確保することが可能である。光受信ユニットの光学部品の配置に応じて、光受信ユニットがさらなるレンズ及びミラーを含むことが有利である。 Further, it is advantageous if the light receiving unit includes a first mirror and the first mirror is arranged so that the reflected scan beam is directed at the detector by the first mirror after passing through the lens. Is. Therefore, the received beam path between the lens and the detector is folded by the first mirror, so that space can be secured. Depending on the arrangement of the optical components of the light receiving unit, it is advantageous for the light receiving unit to include additional lenses and mirrors.
さらに、第1のミラーが集束表面、特にアーチ状の表面を有する場合には有利である。したがって、第1のミラーは湾曲している。このようにして、レンズの収差を部分的に補正することができる。 Further, it is advantageous if the first mirror has a focused surface, especially an arched surface. Therefore, the first mirror is curved. In this way, the aberration of the lens can be partially corrected.
さらに、光送信ユニットが光エミッタと第2のミラーとを含み、第2のミラーが、光エミッタによって放出された走査ビームが第2のミラーによってレンズの光軸の方向に偏向されるように配置されている場合には有利である。光エミッタは、好ましくはレーザ、特にレーザダイオードである。第2のミラーのこのような配置は、光エミッタ全体ではなく、第2のミラーのみがレンズの前に配置されていることを可能にする。このようにして、レンズの最大有効面積が達成される。このことは、光学式走査システムの高い感度につながる。 Further, the optical transmission unit includes an optical emitter and a second mirror, and the second mirror is arranged so that the scanning beam emitted by the optical emitter is deflected by the second mirror in the direction of the optical axis of the lens. It is advantageous if it is done. The light emitter is preferably a laser, especially a laser diode. Such an arrangement of the second mirror allows only the second mirror to be arranged in front of the lens, not the entire light emitter. In this way, the maximum effective area of the lens is achieved. This leads to the high sensitivity of the optical scanning system.
さらに、光送信ユニットがコリメートレンズを含む場合には有利である。このようにして、コリメートレンズは、スペースを節約して光学式走査システムに組み込まれる。したがって、光学式走査システムは、特定の走査距離のために簡単な方法で最適化することができる。コリメートレンズは、特に、単一の走査ビーム又は複数の走査ビームをコリメートするレンズ装置のレンズである。 Further, it is advantageous when the optical transmission unit includes a collimating lens. In this way, the collimating lens is space-saving and incorporated into the optical scanning system. Therefore, the optical scanning system can be optimized in a simple way for a particular scanning distance. A collimating lens is, in particular, a lens of a lens device that collimates a single scanning beam or a plurality of scanning beams.
光受信ユニット及び/又は光送信ユニットが光フィルタを含む場合も有利である。このようなフィルタによって、同様に小さい構成で光学式走査システムの感度を達成することができる。 It is also advantageous if the optical receiving unit and / or the optical transmitting unit includes an optical filter. Such a filter can achieve the sensitivity of an optical scanning system with a similarly small configuration.
特に、光学式走査システムが同軸的なマクロスキャナである場合には有利である。 This is especially advantageous if the optical scanning system is a coaxial macro scanner.
図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態による本発明の光学式走査システム1を示す。この場合、光学式走査システム1は、第1の断面に沿った断面図で示されている。この光学式走査システムの回転軸線は、図示の第1の断面に対して垂直である。 FIG. 1 shows the optical scanning system 1 of the present invention according to the first embodiment of the present invention. In this case, the optical scanning system 1 is shown in a cross-sectional view along a first cross section. The axis of rotation of this optical scanning system is perpendicular to the first cross section shown.
光学式走査システム1は、同軸的なマクロスキャナである。すなわち、光学式走査システム1から放出される走査ビーム4は、この第1の実施形態では、反射され、光学式走査システム1によって受信された走査ビーム5と平行な同一の平行軸線を有する。光学式走査システム1は、ロータ2と、光学レンズ3と、光送信ユニット10と、光受信ユニット20とを含む。
The optical scanning system 1 is a coaxial macro scanner. That is, the
ロータ2は、走査プロセスにおいて回転軸線6を中心として回転するように構成されている。本発明のこの第1の実施形態ではロータ2は円形ディスクであり、回転軸線6はロータ2の円形表面に垂直であり、ロータ2の円形表面の中心を通過する。代替的な実施形態では、ロータ2は異なる形状を有してもよいことに留意されたい。例えば、ロータ2は、光学式走査システム1の他の素子、特に光学レンズ3、光送信ユニット10及び/又は光受信ユニット20のためのホルダを形成する個々の素子から構成されてもよい。好ましくは、ロータ2は、ロータ2とロータ2に配置された構成要素とのバランスをとることを可能にする凹部を有し、これにより回転時の不均衡が回避される。光学式走査システム1は、回転軸線6を中心として回転するようにロータ2を駆動するモータを含む。
The
光学レンズ3は、光学レンズ3の重心7が回転軸線6上に位置するようにロータ2に配置されている。これにより、光学レンズ3の一点が回転軸線6上に位置するので、光学レンズ3は回転軸線上に配置されている。光学レンズ3は、この第1の実施形態では、例えば、両凸レンズである。この場合、光学レンズ3の幾何学的中心と質量中心とは共通の重心7に位置する。光学レンズ3は、ロータ2の直径に対応したレンズ直径を有している。光学レンズ3は、ロータ2の中央に配置されている。この場合、レンズ3の光軸8は、回転軸6に垂直になるように整列されている。図1では、回転軸線6は、図1に示す平面から現れるので、点として示されている。したがって、レンズ3の光軸8は、ロータ2が回転する平面に平行な平面に位置する。
The
光送信ユニット10はロータ2に配置されており、レンズ3の光軸8の方向に走査ビーム4を放出するように構成されている。本発明のこの第1の実施形態では、光学送信ユニット10は、レーザダイオードである光エミッタ11と、コリメートレンズ12とを有する。光エミッタ11は、ロータ2の上方で光学レンズ3の第1の側に配置されている。この場合、光エミッタ11は光学レンズ3の光軸8上に配置されている。光エミッタ11は、レンズ3の光軸8に沿ってレンズ3から離れて伝播するレーザビームを出射するように整列されている。光エミッタ11から出射されたレーザ光が走査ビーム4となる。走査ビーム4は光学走査システム1の周辺に出射される前に、光エミッタ11の前方に配置されたコリメートレンズ12に入射する。代替的には、コリメートレンズ12の代わりに、複数のコリメートレンズを含むレンズ装置が配置されている。コリメートレンズ12と光エミッタ11との間隔によって、又はコリメートレンズ12のレンズ曲率によって、走査ビーム4の拡大を定義することができる。光エミッタ11及びコリメートレンズ12はレンズ3の光軸8上に連続して配置されているので、レンズ3の最小限の部分しか光送信ユニット10によって遮蔽されない。
The
さらに光学式走査システム1は光受信ユニット20を含み、この光受信ユニット20はロータ2に配置されおり、反射された走査ビーム5を受信するように構成された検出器21を含み、この検出器21は、反射された走査ビーム5が光学レンズ3によって検出器21に集束されるように配置されている。この場合、光受信ユニット20は第1のミラー22を含む。第1のミラー22は、反射された走査ビーム5が第1のミラー22を通ってレンズ3を通過した後に検出器21に向けられるように配置されている。この場合、レンズ3と第1のミラー22との間の光受信ユニット20内の光ビーム経路を最適化するために、随意にさらなる光学素子を配置することができる。第1のミラー22と検出器21との間にも随意にさらなる光学素子、特にさらなるレンズ及び/又はミラーを配置してもよい。
Further, the optical scanning system 1 includes an
さらに、光受信ユニット20は光フィルタ23を含む。光学フィルタ23はレンズ3の第1の側に配置されており、光学フィルタ23は光送信ユニット10と光学レンズ3との間に配置されている。光学フィルタ23は、光学レンズ3の全面にわたって延在している。光学フィルタ23は、走査ビーム4の波長付近の波長範囲にある波長を有する光に対してのみ透過性であるように選択されている。
Further, the optical receiving
第1のミラー22は、光学レンズ3の第1の側とは反対側である光学レンズ3の第2の側に配置されている。第1のミラー22は凹面鏡である。特に、第1のミラー22は、それぞれ異なるように整列された個々の平坦な表面を備える。反射された走査ビーム5の光が第1のミラー22に入射し、第1のミラー22によって検出器21の方向に偏向され、検出器21に集束される。検出器21は、いわゆる「センサアレイ」である。すなわち、検出器21の表面には、複数のフォトセンサが配置されている。検出器21は、光学レンズ3の第2の側に配置されている。この場合、検出器21の作用面は、光学レンズ3から離れる方向に整列されている。検出器21は、光学レンズ3の表面の中心、すなわち重心7の前方に配置されている。
The
走査ビーム4が光送信ユニット10、したがって光学式走査システム1から放出された場合、この走査ビーム4は、光学式走査システム1の周辺の物体で反射される。この場合、走査ビーム4は反射された走査ビーム5として投げ返される。したがって、反射された走査ビーム5は、走査ビーム4よりも少なく集束される。反射された走査ビーム5は、走査ビーム4が直前に放出された方向から投げ返される。この仮定では、ロータ2の回転によるロータ2の最小の動きは無視されている。このようにして、反射された走査ビーム5は光学レンズ3に入射し、これにより先細にされる。この反射され先細にされた走査ビーム5は第1のミラー22に入射し、これにより反射される。この場合、反射された走査ビーム5はさらに先細にされ、検出器21に集束される。したがって、反射された走査ビーム5は、レンズ3を通過した後に第1のミラー22によって検出器21に向けられる。第1のミラー22は凹面鏡として構成されていることにより、アーチ状の表面である集束表面を有する。このアーチ状の表面は、第1のミラー22の反射表面であり、光学レンズ3の側に位置する第1のミラー22の一方の側に位置するように配置されている。
When the
図1に示すこの第1の実施形態では、特に小型の光学式走査システム1が示されている。図1に示す光学式走査システム1では、光受信ユニット20及び光送信ユニット10は、光学レンズ3の特に近くに配置されている。この場合、光学式走査システム1は、光送信ユニット10及び光受信ユニット20がロータに配置され、光送信ユニット10及び光受信ユニット20の一部が包絡面9内に配置されるように構成されている。この場合、包絡面9は、回転軸線6を中心として光学レンズ3が回転した場合のレンズ3の外周によって定義される。図1に示す光学レンズ3を回転させた場合、光学レンズ3は円形の外周を有するので、急速回転時には球として知覚される。したがって、光学レンズ3の回転形状は球体である。したがって、球表面は回転する光学レンズ3の包絡面9である。したがって、図示の断面図では包絡面9は、光学レンズ3の外周上の最も外側の点41,42を通過する円である。光送信ユニット10及び光受信ユニット20は、図示の第1の断面図ではこの円内に完全に配置されており、したがって、包囲面9内に完全に配置されている。
In this first embodiment shown in FIG. 1, a particularly small optical scanning system 1 is shown. In the optical scanning system 1 shown in FIG. 1, the optical receiving
この第1の実施形態では、光送信ユニット10及び検出器21はいずれも光学レンズ3の光軸8に配置されており、したがって光学式センサシステム1の光軸に配置されている。光軸8は、光学レンズ3の中心を通る軸である。随意に、光学フィルタ23、特にバンドパスフィルタ、又は他の光学フィルタを、光学レンズ3と送信ユニット10との間に配置することもできる。
In this first embodiment, both the
図2は、本発明の第2の実施形態による光学式走査システム1を示す。本発明の第2の実施形態は、本発明の第1の実施形態に実質的に対応する。この場合、図1にも示した第1の断面が図2に示されている。 FIG. 2 shows an optical scanning system 1 according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment of the present invention substantially corresponds to the first embodiment of the present invention. In this case, the first cross section also shown in FIG. 1 is shown in FIG.
本発明の第2の実施形態は、検出器21及び光エミッタ11がロータ2の表面に配置されていることにより本発明の第1の実施形態とは異なっている。この場合、エミッタ11は、走査ビーム5が回転軸線6に平行に放出されるように配置されている。光学レンズ3の第1の側では、光学レンズ3の表面の中心領域に第2のミラー13が配置されている。第2のミラー13は、好ましくは、光学レンズ3に固定されている。この場合、第2のミラー13は、エミッタ11から放出された走査ビームに対して45°の角度をなしている。したがって、走査ビーム4は90°だけ偏向され、光学レンズ3の光軸8に沿って進む。
The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention in that the
検出器21は、光学レンズ3の第2の側でロータ2の表面に配置されており、検出器21の作用表面はロータ2から離れるように向けられている。検出器21のこの配置を可能にするために、第1のミラー22の位置及び曲率、並びに第1のミラー22のアーチが適宜に選択される。
The
したがって、この第2の実施形態では、光エミッタ11及び検出器21は、光学レンズ3の光軸8によって定義される方向に、光学レンズ3のレンズ表面の外側に配置されている。これにより、光エミッタ11及び検出器21によるレンズの遮光が防止される。
Therefore, in this second embodiment, the
この第2の実施形態では、第2のミラー13と共に、光学レンズ3の中央に小さい偏向ミラーが使用され、この偏向ミラーも随意に湾曲させることができる。この偏向ミラーは、走査ビーム4を光学レンズ3の光軸8の方向に偏向させ、所望の垂直方向の発散を生成する。この第2の実施形態では、受信ビームを検出器21に集束させることができるように、受信ビーム経路で随意に湾曲した第1のミラー22は傾斜している。必要に応じて、例えば、他のレンズを検出器21の前方に配置することによって、画質を改善するために受光経路のレンズの数を増加させることができる。
In this second embodiment, a small deflection mirror is used in the center of the
図3は、本発明の第2の実施形態による光学式走査システム1を示す。この場合、光学式走査システム1は、回転軸線6が位置する第2の断面に沿った断面図で示されている。
FIG. 3 shows an optical scanning system 1 according to a second embodiment of the present invention. In this case, the optical scanning system 1 is shown in a cross-sectional view along a second cross section where the
図3から分かるように、第2のミラー13は光学フィルタ23に固定されている。したがって、第2のミラー13のための付加的な支持部材が不要になる。さらに、走査ビーム4内には、光エミッタ11と第2のミラー13との間にコリメートレンズ12が配置されている。したがって、この実施形態では、特定の走査範囲に対して走査ビーム4の適合が可能になる。走査ビーム4が光エミッタ11によって放出された場合には、走査ビーム4はコリメートレンズ12を通過し、第2のミラー13に入射する。放出された走査ビーム4に対する第2のミラー13の適切な傾斜によって、走査ビーム4はレンズ3の光軸8に沿って整列される。したがって、第2のミラー13は、光エミッタ11によって放出された走査ビーム4が第2のミラー13によってレンズ3の光軸8の方向に偏向されるように配置されている。光学レンズ3がホルダ30に配置されていることが分かる。
As can be seen from FIG. 3, the
図4は、本発明の第3の実施形態による光学式走査システム1を示す図である。本発明の第3の実施形態は、本発明の第2の実施形態に実質的に対応する。この場合、図4には図3にも示した第2の断面図が示されている。 FIG. 4 is a diagram showing an optical scanning system 1 according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment of the present invention substantially corresponds to the second embodiment of the present invention. In this case, FIG. 4 shows a second cross-sectional view also shown in FIG.
図4に示す本発明の第3の実施形態による走査システム1は、図5に示す光送信ユニット10を含む。この場合、光送信ユニット10はマルチビームスプリッタである。光送信ユニット10では、コリメートレンズ12と第2ミラー13との間には、第1プリズム31、第2プリズム32及び第3プリズム33が配置されている。プリズムの数は、この第3の実施形態では例として選択されており、代替的な他の実施形態では、より多く又はより少なく選択してもよい。しかしながら、全ての実施形態において、全て又は幾つかのプリズム31,32,33がモノリシックな構成要素として接合されている場合には有利である。
The scanning system 1 according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 4 includes the
走査ビーム4は、コリメートレンズ12を通過した後に第1プリズム31に入射し、第1プリズム31によって分割される。走査ビームの一部は、第1の走査ビーム4aとして第2のミラー13に入射する。第1の走査ビーム4aは、第2のミラー13によって光学レンズ3の光軸に平行な方向に偏向される。走査ビームの別の部分は、第1のプリズム31から第2のプリズム32に向けられる。
The
第2のプリズム32によって、走査ビーム4の一部が分割され、この部分は第1のプリズム31によって第2のプリズム33に向けられる。この場合、走査ビーム4の一部は第2の走査ビーム4bとして第2のミラー13に向けられ、第2のミラー13によって偏向され、光学レンズ3の光軸8に平行になる。走査ビーム4の別の一部は、第2のプリズム32によって第3のプリズム33に向けられ、第3の走査ビーム4cとして第2のミラー13に向けられる。第3の走査ビーム4cは、第2のミラー13によって偏向され、光学レンズ3の光軸に平行になる。
A part of the
第1プリズム31及び第2プリズム32は同様に半透明ミラーであってもよく、第3プリズム33はミラーであってもよい。
Similarly, the
レーザとしてエッジエミッタが使用される場合には、コリメートレンズ12は、レーザダイオードの速軸をコリメートし、同時に遅軸を第2のミラー13に集束させることができる。モノリシックなマルチビームスプリッタプリズムがビームを増倍するために使用される場合、送信ビーム経路は、図5に示すように構成することができる。
When an edge emitter is used as the laser, the collimating
したがって、要約すると、本発明の対象は、受光レンズ、すなわち光学レンズ3を、レンズ直径がロータ直径に対応し、したがって回転スキャナの最大限の受光開口に対応するようにロータ2の中央に配置することである。光学レンズ3と検出器21との間の受信ビーム経路がロータ2の内部に位置にするように、受信ビーム経路は第1のミラー22によって折り曲げられる。この第1のミラー22は、光学レンズ3の収差を部分的に補正することができるように、随意に湾曲させることができる。レーザ11、コリメートレンズ12、随意の多重ビームスプリッタ、及び随意の小型の偏向ミラーからなる送信ユニット10は、好ましくは、光学レンズ3の反対側に配置されている。
Therefore, in summary, the subject of the present invention places the light receiving lens, the
ビームの拡大は、発散ビームによって回転軸線6(例えば、垂直軸線)に沿って達成される。直交する(例えば、水平の)軸線で、送信ビーム4はコリメートされ、随意に眼の安全性を向上させるために、例えば、図5に示すマルチビームスプリッタによって乗算される。これにより、人間の目の最大瞳孔開口(例えば、8mm)よりも大きい間隔を有する複数の平行な線状ビームが得られる。受光側では、受光レンズは、一様に照明された異なる(垂直な)送信方向を一次元検出器に結像する。第2の(水平方向の)軸線の画像解像度は、走査ヘッド、すなわちロータ3の回転によって達成される。
Beam expansion is achieved by the divergent beam along the axis of rotation 6 (eg, the vertical axis). On orthogonal (eg, horizontal) axes, the transmit
上記の開示に加えて、図1~図5の開示を明示的に参照する。 In addition to the above disclosures, the disclosures of FIGS. 1-5 are explicitly referred to.
Claims (9)
走査プロセス中に回転軸線(6)を中心として回転するように構成されたロータ(2)と、
レンズ(3)が回転軸線(6)上に位置するようにロータ(2)に配置されたレンズ(3)と、
ロータ(2)に配置されており、レンズ(3)の光軸(8)の方向に走査ビーム(4)を放出するように構成された光送信ユニット(10)と、
ロータ(2)に配置されており、反射された走査ビーム(5)を受信するように構成された検出器(21)を含む光受信ユニット(20)であって、検出器(21)が、反射された走査ビーム(5)がレンズ(3)によって検出器(21)に集束されるように配置されている光受信ユニット(20)と
を含み、
包絡面(9)が、前記回転軸線(6)を中心とした回転時にレンズ(3)の外周によって定義され、前記光送信ユニット(10)及び前記光受信ユニット(20)が、光送信ユニット(10)及び/又は光受信ユニット(20)の領域が包絡面(9)上又は包絡面(9)内に配置されるようにロータ(2)に配置され、
前記光送信ユニット(10)が、光エミッタ(11)と、第2のミラー(13)と、前記光エミッタ(11)と前記第2のミラー(13)との間に配置された複数のプリズムを含むマルチビームスプリッタとを含み、前記光エミッタ(11)によって放出された走査ビーム(4)が前記第2のミラー(13)によって前記レンズ(3)の前記光軸(8)の方向に偏向される光学式走査システム(1)。 In the optical scanning system (1)
A rotor (2) configured to rotate about a rotation axis (6) during the scanning process.
A lens (3) arranged on the rotor (2) so that the lens (3) is located on the rotation axis (6).
An optical transmission unit (10) arranged on the rotor (2) and configured to emit a scanning beam (4) in the direction of the optical axis (8) of the lens (3).
An optical receiver unit (20) that includes a detector (21) that is located in the rotor (2) and is configured to receive the reflected scan beam (5), wherein the detector (21) is: It comprises an optical receiver unit (20) arranged such that the reflected scanning beam (5) is focused on the detector (21) by the lens (3).
The envelope surface (9) is defined by the outer circumference of the lens (3) when rotating about the rotation axis (6), and the optical transmission unit (10) and the optical reception unit (20) are the optical transmission unit (20). 10) and / or the region of the light receiving unit (20) is arranged in the rotor (2) such that it is arranged on the envelope surface (9) or in the envelope surface (9).
The optical transmission unit (10) has a plurality of prisms arranged between the optical emitter (11), the second mirror (13), and the optical emitter (11) and the second mirror (13). The scanning beam (4) emitted by the light emitter (11) is deflected by the second mirror (13) in the direction of the optical axis (8) of the lens (3). Optical scanning system (1).
前記マルチビームスプリッタは、少なくとも第1のプリズム(31)及び第2のプリズム(32)を含み、 The multi-beam splitter includes at least a first prism (31) and a second prism (32).
前記光エミッタ(11)によって放出された走査ビーム(4)は、前記第1のプリズム(31)によって分割され、走査ビーム(4)の一部は第1の走査ビームとして前記第2のミラー(13)に入射し、該走査ビーム(4)の別の部分は前記第1のプリズム(31)から前記第2のプリズム(32)に向けられ、 The scanning beam (4) emitted by the light emitter (11) is divided by the first prism (31), and a part of the scanning beam (4) is used as the first scanning beam in the second mirror (1). Incident to 13), another portion of the scanning beam (4) is directed from the first prism (31) to the second prism (32).
前記第2のプリズム(32)に向けられた走査ビーム(4)は、前記第2のプリズム(32)によって分割され、該走査ビーム(4)の少なくとも一部は第2の走査ビームとして前記第2のミラー(13)に入射する、光学式走査システム(1)。 The scanning beam (4) directed at the second prism (32) is divided by the second prism (32), and at least a part of the scanning beam (4) is used as the second scanning beam. Optical scanning system (1) incident on mirror (13) of 2.
前記レンズ(3)の重心(7)が回転軸線(6)上にある光学式走査システム(1)。 In the optical scanning system (1) according to claim 1 or 2 .
An optical scanning system (1) in which the center of gravity (7) of the lens (3) is on the axis of rotation (6).
前記レンズ(3)の光軸(8)が前記回転軸線(6)に垂直である光学式走査システム(1)。 The optical scanning system (1) according to any one of claims 1 to 3 .
An optical scanning system (1) in which the optical axis (8) of the lens (3) is perpendicular to the rotation axis (6).
前記光受信ユニット(20)が第1のミラー(22)を含み、該第1のミラー(22)が、反射された走査ビームが前記レンズ(3)を通過した後に第1のミラー(22)によって前記検出器(21)に向けられるように配置されている光学式走査システム(1)。 In the optical scanning system (1) according to any one of claims 1 to 4 .
The optical receiving unit (20) includes a first mirror (22), and the first mirror (22) is a first mirror (22) after the reflected scanning beam has passed through the lens (3). An optical scanning system (1) arranged so as to be directed at the detector (21).
前記第1のミラー(22)がアーチ状の集束表面を備える光学式走査システム(1)。 In the optical scanning system (1) according to claim 5 .
An optical scanning system (1) in which the first mirror (22) has an arched focusing surface.
前記光送信ユニット(10)がコリメートレンズ(12)を含む光学式走査システム(1)。 In the optical scanning system (1) according to any one of claims 1 to 6.
An optical scanning system (1) in which the optical transmission unit (10) includes a collimating lens (12).
前記光受信ユニット(20)及び/又は前記光送信ユニット(10)が光フィルタ(23)を含む光学式走査システム(1)。 In the optical scanning system (1) according to any one of claims 1 to 7.
An optical scanning system (1) in which the optical receiving unit (20) and / or the optical transmitting unit (10) includes an optical filter (23).
前記光学式走査システム(1)が、同軸的なマクロスキャナである光学式走査システム(1)。 The optical scanning system (1) according to any one of claims 1 to 8.
The optical scanning system (1) in which the optical scanning system (1) is a coaxial macro scanner.
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